本發(fā)明涉及一種步行機(jī)器人技術(shù)，尤其涉及一種步行機(jī)器人柔性踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)和步行機(jī)器人。

背景技術(shù)：

1、目前，在救援、教育、娛樂等領(lǐng)域，步行機(jī)器人得到了廣泛的應(yīng)用，而其踝關(guān)節(jié)，作為承重與減震的關(guān)鍵部位，在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)中起到重要作用。

2、真實(shí)的人體踝關(guān)節(jié)除人骨外還包含肌肉、肌腱、韌帶等柔性部分，它們提供了人類運(yùn)動(dòng)過程中所需的對(duì)外界環(huán)境的順應(yīng)性，保證了運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定。同時(shí)，它們能夠調(diào)整自身的剛度以應(yīng)對(duì)不同運(yùn)動(dòng)模式，例如行走與奔跑。然而，現(xiàn)有技術(shù)的步行機(jī)器人，其踝關(guān)節(jié)大多是剛性結(jié)構(gòu)，這一類設(shè)計(jì)的踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)精度高、承重能力強(qiáng)，但是上述設(shè)計(jì)幾乎不具備被動(dòng)柔順能力，僅能通過主動(dòng)柔順控制實(shí)現(xiàn)順應(yīng)操作。然而當(dāng)主動(dòng)柔順控制不能適用或精度不足時(shí)，機(jī)構(gòu)的工作性能會(huì)大幅下降。同時(shí)，上述的剛體踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)無(wú)法對(duì)機(jī)器人所需的運(yùn)動(dòng)形式進(jìn)行相應(yīng)的剛度調(diào)整，存在諸多局限。

3、綜上所述，目前的問題在于：

4、現(xiàn)有的步行機(jī)器人，其踝關(guān)節(jié)難以產(chǎn)生對(duì)環(huán)境的順應(yīng)性，行走過程中易產(chǎn)生剛性沖擊對(duì)結(jié)構(gòu)造成損傷，也難以調(diào)整剛度以適應(yīng)不同地形。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種柔性踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)和步行機(jī)器人，柔性踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)具有較好被動(dòng)順應(yīng)性，從而使得步行機(jī)器人能夠適應(yīng)不同的運(yùn)動(dòng)需求并減小步行過程中的剛性沖擊。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種步行機(jī)器人柔性踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，該柔性踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)包括小腿部件和足部件，所述小腿部件的下端與足部件通過轉(zhuǎn)動(dòng)副裝配在一起；所述柔性踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)還包括兩踝部彈力機(jī)構(gòu)，所述兩踝部彈力機(jī)構(gòu)分別作為踝后部彈力機(jī)構(gòu)和踝前部彈力機(jī)構(gòu)，每一踝部彈力機(jī)構(gòu)均包括直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和彈性板條；對(duì)于踝后部彈力機(jī)構(gòu)，直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基于小腿部件，彈性板條的一端與直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力輸出端連接，彈性板條的另一端與足部件的足跟部連接；對(duì)于踝前部彈力機(jī)構(gòu)，直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基于小腿部件，彈性板條的一端與直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力輸出端連接，彈性板條的另一端與足部件的足尖部連接。

4、進(jìn)一步地，所述直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)或伸縮缸驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向滑臺(tái)機(jī)構(gòu)。

5、一種步行機(jī)器人柔性踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，該柔性踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)包括小腿部件和足部件，所述小腿部件的下端與足部件通過轉(zhuǎn)動(dòng)副裝配在一起；所述柔性踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)還包括兩踝部彈力機(jī)構(gòu)，所述兩踝部彈力機(jī)構(gòu)分別作為踝后部彈力機(jī)構(gòu)和踝前部彈力機(jī)構(gòu)，每一踝部彈力機(jī)構(gòu)均包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、絲杠驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)直線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和彈性板條；對(duì)于踝后部彈力機(jī)構(gòu)，絲杠驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)直線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)基于小腿部件，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)直線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的絲杠旋轉(zhuǎn)，彈性板條的一端與絲杠驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)直線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的滑臺(tái)連接，彈性板條的另一端與足部件的足跟部連接；對(duì)于踝前部彈力機(jī)構(gòu)，絲杠驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)直線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)基于小腿部件，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)直線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的絲杠旋轉(zhuǎn)，彈性板條的一端與絲杠驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)直線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的滑臺(tái)連接，彈性板條的另一端與足部件的足尖部連接。

6、進(jìn)一步地，對(duì)于踝后部彈力機(jī)構(gòu)和踝前部彈力機(jī)構(gòu)，絲杠驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)直線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的滑臺(tái)移動(dòng)方向順著小腿部件的長(zhǎng)度方向，絲杠驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)直線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的滑臺(tái)能夠順著小腿部件的長(zhǎng)度方向上下移動(dòng)。

7、進(jìn)一步地，對(duì)于踝后部彈力機(jī)構(gòu)和踝前部彈力機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)置在絲杠驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)直線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的上方，并且通過安裝支架來基于小腿部件安裝，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)輸出軸端與絲杠驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)直線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的絲杠裝配連接，從而實(shí)現(xiàn)所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)直線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的絲杠旋轉(zhuǎn)。

8、進(jìn)一步地，每一踝部彈力機(jī)構(gòu)中所包括彈性板條的數(shù)量為兩條，兩條彈性板條呈鏡像對(duì)稱地布置。

9、進(jìn)一步地，所述彈性板條為由超彈性材料制成的細(xì)長(zhǎng)壓板。

10、進(jìn)一步地，所述踝后部彈力機(jī)構(gòu)和踝前部彈力機(jī)構(gòu)的絲杠驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)直線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)基于小腿部件中軸對(duì)稱布置。

11、進(jìn)一步地，所有的彈性板條均朝向小腿部件的一側(cè)彎曲。

12、一種步行機(jī)器人，所述步行機(jī)器人采用如上述的柔性踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)。

13、本發(fā)明的柔性踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，其主要的有益效果在于：

14、柔性踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)中設(shè)置的踝部彈力機(jī)構(gòu)(踝后部彈力機(jī)構(gòu)和踝前部彈力機(jī)構(gòu))，其在實(shí)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，還能夠調(diào)節(jié)柔性踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)整體的剛度，從而能夠提升踝關(guān)節(jié)的被動(dòng)順應(yīng)性，使得柔性踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)和步行機(jī)器人能夠適應(yīng)不同的運(yùn)動(dòng)需求，并減小步行過程中的剛性沖擊。

技術(shù)特征：

1.一種步行機(jī)器人柔性踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，該柔性踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)包括小腿部件(6)和足部件(7)，所述小腿部件(6)的下端與足部件(7)通過轉(zhuǎn)動(dòng)副裝配在一起；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述步行機(jī)器人柔性踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于：所述直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)或伸縮缸驅(qū)動(dòng)導(dǎo)向滑臺(tái)機(jī)構(gòu)。

3.一種步行機(jī)器人柔性踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，該柔性踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)包括小腿部件(6)和足部件(7)，所述小腿部件(6)的下端與足部件(7)通過轉(zhuǎn)動(dòng)副裝配在一起；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述步行機(jī)器人柔性踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于：對(duì)于踝后部彈力機(jī)構(gòu)(11)和踝前部彈力機(jī)構(gòu)(12)，絲杠驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)直線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(14)的滑臺(tái)移動(dòng)方向順著小腿部件(6)的長(zhǎng)度方向，絲杠驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)直線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(14)的滑臺(tái)(142)能夠順著小腿部件(6)的長(zhǎng)度方向上下移動(dòng)。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述步行機(jī)器人柔性踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于：對(duì)于踝后部彈力機(jī)構(gòu)(11)和踝前部彈力機(jī)構(gòu)(12)，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(13)設(shè)置在絲杠驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)直線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(14)的上方，并且通過安裝支架來基于小腿部件(6)安裝，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(13)的旋轉(zhuǎn)輸出軸端與絲杠驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)直線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(14)的絲杠(141)裝配連接，從而實(shí)現(xiàn)所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(13)驅(qū)動(dòng)絲杠驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)直線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(14)的絲杠(141)旋轉(zhuǎn)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述步行機(jī)器人柔性踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于：每一踝部彈力機(jī)構(gòu)(1)中所包括彈性板條(15)的數(shù)量為兩條，兩條彈性板條(15)呈鏡像對(duì)稱地布置。

7.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述步行機(jī)器人柔性踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于：所述彈性板條(15)為由超彈性材料制成的細(xì)長(zhǎng)壓板。

8.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述步行機(jī)器人柔性踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于：所述踝后部彈力機(jī)構(gòu)(11)和踝前部彈力機(jī)構(gòu)(12)的絲杠驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)直線傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(14)基于小腿部件(6)中軸對(duì)稱布置。

9.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述步行機(jī)器人柔性踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，其特征在于：所有的彈性板條(15)均朝向小腿部件(6)的一側(cè)彎曲。

10.一種步行機(jī)器人，其特征在于：所述步行機(jī)器人采用如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的柔性踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種步行機(jī)器人柔性踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)和步行機(jī)器人。本發(fā)明的柔性踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)和步行機(jī)器人包括小腿部件(6)和足部件(7)，還包括兩踝部彈力機(jī)構(gòu)(1)，即踝后部彈力機(jī)構(gòu)(11)和踝前部彈力機(jī)構(gòu)(12)；對(duì)于踝后部彈力機(jī)構(gòu)，直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)基于小腿部件，彈性板條(15)的一端與直線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力輸出端連接，彈性板條的另一端與足部件的足跟部連接；對(duì)于踝前部彈力機(jī)構(gòu)，彈性板條的另一端與足部件的足尖部連接。柔性踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)中設(shè)置的踝部彈力機(jī)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，還能夠調(diào)節(jié)柔性踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)整體的剛度，提升了踝關(guān)節(jié)的被動(dòng)順應(yīng)性，柔性踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)和步行機(jī)器人能夠適應(yīng)不同的運(yùn)動(dòng)需求并減小步行過程中的剛性沖擊。

技術(shù)研發(fā)人員：陳根良,唐術(shù)杰,陸瑜亮,王衍軍,王皓
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9